Sähkömoottoreiden lämmitys ja jäähdytys

Sähkömoottoreiden tehon oikea määrittäminen erilaisille metallinleikkauskoneille, -mekanismeille ja -koneille on erittäin tärkeää. Riittämättömällä teholla on mahdotonta käyttää täysimääräisesti koneen tuotantokapasiteettia, suorittaa suunniteltua teknistä prosessia. Jos teho on riittämätön, sähkömoottori hajoaa ennenaikaisesti.

Sähkömoottorin tehon yliarviointi johtaa sen systemaattiseen alilataukseen ja sen seurauksena moottorin epätäydelliseen käyttöön, sen toimintaan alhaisella hyötysuhteella ja pienellä tehokertoimella (asynkronisille moottoreille). Myös kun moottorin teho on yliarvostettu, pääoma- ja käyttökustannukset kasvavat.

Koneen käyttämiseen tarvittava teho ja siten sähkömoottorin kehittämä teho muuttuu koneen käytön aikana. Sähkömoottorin kuormitusta voidaan luonnehtia kuormituskäyrällä (kuva 1), joka on moottorin akselin tehon, sen vääntömomentin tai virran riippuvuus ajasta.Työkappaleen käsittelyn jälkeen kone pysäytetään, työkappale mitataan ja työkappale vaihdetaan. Latausaikataulu toistetaan sitten uudelleen (kun käsitellään samantyyppisiä osia).

Normaalin toiminnan varmistamiseksi tällaisella vaihtelevalla kuormituksella sähkömoottorin tulee kehittää suurin vaadittu teho käsittelyn aikana, eikä se saa ylikuumentua jatkuvan käytön aikana tämän kuormitusaikataulun mukaisesti. Sähkömoottoreiden sallittu ylikuormitus määräytyy niiden sähköisten ominaisuuksien perusteella.

Riisi. 1. Lataa aikataulu, kun koneistat samantyyppisiä osia

Kun moottori on käynnissä, energian (ja tehon) häviötaiheuttaa sen kuumenemisen. Osa sähkömoottorin kuluttamasta energiasta kuluu sen käämien lämmittämiseen, magneettipiirin lämmittämiseen hystereesi ja pyörrevirrat, jotka kuljettavat kitkaa ja ilmakitkaa. Käämien lämpöhäviöitä, jotka ovat verrannollisia virran neliöön, kutsutaan muuttuviksi (ΔРtrans)... Moottorin jäljellä olevat häviöt riippuvat hieman sen kuormituksesta ja niitä kutsutaan tavanomaisesti vakioiksi (ΔРpos).

Sähkömoottorin sallitun lämmityksen määräävät sen rakenteen vähiten lämmönkestävät materiaalit. Tämä materiaali on sen käämin eristys.

Sähkökoneiden eristämiseen käytetään seuraavia:

• puuvilla- ja silkkikankaat, langat, paperi ja kuituiset orgaaniset materiaalit, joita ei ole kyllästetty eristeaineilla (lämmönkestoluokka U);

• samat materiaalit, kyllästetty (luokka A);

• synteettiset orgaaniset kalvot (luokka E);

• materiaalit asbestista, kiillestä, lasikuidusta orgaanisilla sideaineilla (luokka B);

• sama, mutta synteettisillä sideaineilla ja kyllästysaineilla (luokka F);

• samat materiaalit, mutta piisideaineilla ja kyllästysaineilla (luokka H);

• kiille, keramiikka, lasi, kvartsi ilman sideaineita tai epäorgaanisilla sideaineilla (luokka C).

Eristysluokat U, A, E, B, F ja H sallivat maksimilämpötilat 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C. Luokan C rajalämpötila ylittää 180 °C, ja sitä rajoittavat laitteen ominaisuudet. käytetyt materiaalit.

Kun sähkömoottoria kuormitetaan samalla tavalla, sen lämmitys on epätasaista eri ympäristön lämpötiloissa. Ympäristön mitoituslämpötila t0 on 40 °C. Tässä lämpötilassa määritetään sähkömoottoreiden nimellistehoarvot. Sähkömoottorin lämpötilan nousua ympäristön lämpötilan yläpuolelle kutsutaan ylikuumenemiseksi:

Synteettisten eristeiden käyttö laajenee. Erityisesti piieristeet varmistavat sähkökoneiden korkean luotettavuuden käytettäessä trooppisissa olosuhteissa.

Moottorin eri osissa syntyvä lämpö vaikuttaa eristeen lämpenemiseen eriasteisesti. Lisäksi sähkömoottorin yksittäisten osien välillä tapahtuu lämmönvaihtoa, jonka luonne muuttuu kuormitusolosuhteiden mukaan.

Sähkömoottorin yksittäisten osien erilainen lämmitys ja lämmönsiirto niiden välillä vaikeuttaa prosessin analyyttistä tutkimista. Siksi yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan ehdollisesti, että sähkömoottori on termisesti homogeeninen ja äärettömästi lämpöä johtava kappale. Yleisesti uskotaan, että sähkömoottorin ympäristöön vapauttama lämpö on verrannollinen ylikuumenemiseen.Tässä tapauksessa lämpösäteily jätetään huomioimatta, koska moottoreiden absoluuttiset lämmityslämpötilat ovat alhaiset. Harkitse sähkömoottorin lämmitysprosessia annettujen oletusten mukaisesti.

Sähkömoottorissa työskennellessä lämpöä dq vapautuu ajan dt aikana. Osa tästä lämmöstä dq1 absorboituu sähkömoottorin massaan, minkä seurauksena moottorin lämpötila t ja ylikuumeneminen τ nousevat. Jäljellä oleva lämpö dq2 vapautuu moottorista ympäristöön. Näin tasa-arvo voidaan kirjoittaa

Kun moottorin lämpötila nousee, lämpö dq2 kasvaa. Tietyllä ylikuumenemisarvolla ympäristöön vapautuu yhtä paljon lämpöä kuin sähkömoottorista vapautuu; silloin dq = dq2 ja dq1 = 0. Sähkömoottorin lämpötila lakkaa nousemasta ja ylikuumeneminen saavuttaa stationaarisen arvon τу.

Yllä olevien oletusten mukaisesti yhtälö voidaan kirjoittaa seuraavasti:

missä Q on sähkömoottorin häviöistä johtuva lämpöteho, J / s; A - lämmönsiirto moottorista, ts. moottorin ympäristöön vapauttaman lämmön määrä aikayksikköä kohti, kun moottorin ja ympäristön välinen lämpötilaero on 1oC, J / s-deg; C on moottorin lämpökapasiteetti, ts. lämpömäärä, joka tarvitaan nostamaan moottorin lämpötilaa 1 ° C, J / astetta.

Erottelemalla yhtälön muuttujat, meillä on

Integroimme yhtälön vasemman puolen välillä nollasta johonkin ajan t nykyarvoon ja oikean puolen alueella sähkömoottorin alkuylikuumenemisesta τ0 ylikuumenemisen nykyarvoon τ:

Ratkaisemalla yhtälön τ:lle saadaan yhtälö sähkömoottorin lämmittämiseksi:

Merkitään C / A = T ja määritetään tämän suhteen mitta:

Riisi. 2. Sähkömoottorin kuumenemista kuvaavat käyrät

Riisi. 3. Lämmitysaikavakion määritys

Sitä kutsutaan suureksi T, jolla on aikavakio sähkömoottorin lämmitysaika. Tämän merkinnän mukaisesti lämmitysyhtälö voidaan kirjoittaa uudelleen muotoon

Kuten yhtälöstä näet, kun saamme - vakaan tilan tulistusarvon.

Kun sähkömoottorin kuormitus muuttuu, häviöiden määrä ja siten Q:n arvo muuttuu. Tämä johtaa τу:n arvon muutokseen.

Kuvassa Kuvassa 2 on esitetty viimeistä yhtälöä vastaavat lämpökäyrät 1, 2, 3 eri kuormitusarvoille. Kun τу ylittää sallitun ylikuumenemisen τn arvon, sähkömoottorin jatkuvaa toimintaa ei voida hyväksyä. Kuten yhtälöstä ja kaavioista (kuva 2) ilmenee, tulistuksen kasvu on asymptoottista.

Kun korvaamme yhtälöön arvon t = 3T, saamme arvon τ, joka on noin vain 5 % pienempi kuin τy. Siten ajan t = 3T aikana lämmitysprosessia voidaan pitää käytännössä valmiina.

Jos missä tahansa lämpökäyrän pisteessä (kuva 3) piirrät lämpökäyrän tangentin, piirrät sitten pystysuoran saman pisteen läpi, sitten asymptootin segmentin de, joka on suljettu tangentin ja pystysuoran välissä, asteikolla abskissa-akselilla on yhtä suuri kuin T. Jos yhtälössä on Q = 0, saadaan moottorin jäähdytysyhtälö:

Kuvassa näkyvä jäähdytyskäyrä. 4, vastaa tätä yhtälöä.

Lämmityksen aikavakio määräytyy sähkömoottorin koon ja sen suojauksen muodon mukaan ympäristön vaikutuksilta. Avoimissa ja suojatuissa pienitehoisissa sähkömoottoreissa lämmitysaika on 20-30 minuuttia. Suljetuissa suuritehoisissa sähkömoottoreissa se saavuttaa 2-3 tuntia.

Kuten edellä mainittiin, esitetty sähkömoottorin lämmityksen teoria on likimääräinen ja perustuu karkeisiin oletuksiin. Siksi kokeellisesti mitattu lämpökäyrä poikkeaa merkittävästi teoreettisesta. Jos kokeellisen lämpökäyrän eri pisteissä kuvassa 1 esitetty rakenne. 3, käy ilmi, että T:n arvot kasvavat ajan pidentyessä. Siksi kaikkia yhtälön mukaan tehtyjä laskelmia tulee pitää likimääräisinä. Näissä laskelmissa on suositeltavaa käyttää lämpökäyrän aloituspisteeksi graafisesti määritettyä vakiota T. Tämä T:n arvo on pienin, ja käytettynä se tarjoaa tietyn marginaalin moottorin teholle.

Riisi. 4. Moottorin jäähdytyskäyrä

Kokeellisesti mitattu jäähtymiskäyrä eroaa teoreettisesta jopa enemmän kuin lämpökäyrä. Moottorin sammutusta vastaava jäähdytysaikavakio on merkittävästi pidempi kuin lämmitysaikavakio johtuen vähentyneestä lämmönsiirrosta ilman ilmanvaihtoa.